Die Erfindung betrifft Verfahren zur automatisierten Optimierung eines Qualitätsprofils einer Papier- Karton- oder Faserstoffbahn, umfassend ein Qualitätsmesssystem, das ausgeführt ist, mittels Messwagen über die Bahnbreite in Maschinenquerrichtung (CD) zumindest einen Feuchtewert und eine Wert für eine flächenbezogene Masse der Bahn zu erfassen, ein Aktuatorsystem, dass ausgeführt ist über eine Mehrzahl von Aktuatoren über die Bahnbreite (CD) eine unterschiedliche Menge an Wasser oder Wasserdampf auf die Bahn aufzutragen und ein Steuerungssystem ausgeführt die Aktuatoren des Aktuatorsystems einzeln zu steuern. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Profilierungssystem zur automatisierten Optimierung eines Qualitätsprofils einer Papier- Karton- oder Faserstoffbahn.
Aus dem Stand der Technik sind Qualitätsregelsysteme bekannt, die die Qualität der Bahn in Maschinenquerrichtung (CD) verbessern. Die EP1620766 A1 zeigt dabei ein Verfahren die Qualitätswerte nach Anteilen in Maschinenquerrichtung (CD) und Maschinenlaufrichtung (MD) zu steuern. In der Praxis zeigen die verwendeten Aktuatorsystem jedoch Verschleiß und werden unter veränderlichen Bedingungen Betrieben.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, um einen effizienten Betrieb eines Steuersystems zur Optimierung eines Qualitätsprofils in einer Anlage zur Produktion einer Papier- Karton- oder Faserstoffbahn zu erreichen. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung ein Profilierungssystem bereitzustellen, dass auch in längerem Betrieb, trotz Verschleiß und veränderlichen Betriebsbedingungen, immer in einem optimalen Betriebsfenster arbeitet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, wobei folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
- für wenigstens einen Aktuator ein Maximalwert angesteuert wird, wobei an dem Maximalwert die Wirksamkeit des Auftrags mittels dem Qualitätsmesssystem ermittelt wird,
- der Aktuator schrittweise zu dem Mindestwert gesteuert wird, wobei für die Schritte jeweils mittels dem QualitätsMesssystem die Wirksamkeit des Auftrags ermittelt wird,
- eine Kennlinie für den Aktuator berechnet wird, die mittels dem Steuersystem verwendet wird, um das geforderte Qualitätsprofil der Bahn zu erreichen.
Das regelmäßige Verfahren eines einzelnen Aktuator kann vorteilhaft die Effizienz des Dampfauftrags des Aktuators zeigen. So kann bei Verschleiß oder Verschmutzung oft nicht mehr der gesamte Regelbereich eines Aktuators genutzt werden. Der so festgestellte Betriebsbereich eines Aktuators kann dann in der Steuerung in Form einer Kennlinie abgespeichert werden. Die Kennlinie hat kann dabei sowohl die Extremwerte aufweisen als auch einen Verlauf, der über den Arbeitsbereich des Aktuators festgestellt wird. So zeigt die Kennlinie beispielsweise für einen Aktuator den Bereich an, in dem der Aktuator bewegt werden kann und ordnet dabei für jeden Abschnitt in dem Bereich eine Effizienz zu. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Aktuator ein Ventil umfasst, die Öffnung über den Durchsatz in der Kennlinie zu speichern. Es hat sich gezeigt, dass diese Kennlinie über die Lebensdauer eines Aktuators veränderlich ist, so kann beispielsweise durch Ablagerungen und/oder Verschleiß ein unterschiedliche Effizienz bei verschiedenen Aktuator Stellungen erreicht werden. Weiterhin können Aktuatoren durch Verschleiß in dem Maximal oder Minimalbereich eingeschränkt werden. So kann es vorkommen, dass ein Ventil nicht mehr vollständig schließt und/oder komplett geöffnet werden kann. Ein Maximalwert muss daher nicht ein absoluter Maximalwert sein, sondern kann nur für den entsprechenden Aktuator gelten. Weitere mögliche Werte für die Kennlinie können Wirksamkeit des Dampfauftrags, Durchsatz an aufgetragenem Wasser und/oder Durchflussraten sein. Es ist weiterhin möglich in der Kennlinie den Verschleiß als Kennwert abzubilden, z.B. indem der Anteil an aktuell verfügbarem Regelbereich mit dem Regelbereich eines neuen Aktuators verglichen wird.
Die Wirksamkeit des Dampfauftrags betrifft auch vorteilhaft besonders die energetische Wirksamkeit, wobei insbesondere der Anteil des Dampfes, der an der Bahn kondensiert wird, im Vergleich zu dem Anteil des Dampfes, der in die Umwelt gelangt, als Kondensationspotential in Abhängigkeit von Flächengewicht der Bahn, und/oder Produktionsgeschwindigkeit die Wirksamkeit beeinflussen kann. So kann eine Kennlinie über den Öffnungsgrad eines Ventils und die Wirksamkeit des Dampfauftrags vorteilhaft in einer Steuerung berücksichtigt werden.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei mittels Qualitätsmesssystems die Bahnbreite in Maschinenquerrichtung (CD) gemessen wird, wobei der Messwert für die Steuerung der Aktuatoren berücksichtigt wird.
Die Betrachtung des Bahnrandes ist über die Qualitätsmesssysteme möglich und bekannt, im Stand der Technik wird diese Information aber nicht genutzt, um die Steuerung der Befeuchtung im Betrieb zu aktualisieren. So kann ein Formatwechsel an der Papiermaschine zu einer Veränderung der Randposition führen, was die Effizienz der Aktuatoren im Randbereich verändert. Bei einer Veränderung von Flächengewicht oder Papiersorte kann es im Randbereich ebenfalls Änderungen geben, die durch ein Schrumpfen in der Trocknung erfolgen. Auch hier ist eine separate Kontrolle der Rand-Aktuatoren vorteilhaft, um ein Übertrocknen des Randes zu verhindern, da es sonst zu Störungen und/oder Abrissen bei der Papierproduktion kommen kann.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei das Aktuatorsystem durch eine Zuleitung mit Wasser und/oder Wasserdampf versorgt wird, wobei die Zuleitung ein Zuleitungsventil und zumindest eine Druckmessung umfasst, wobei die Wirksamkeit des Auftrags in Abhängigkeit des Messwertes der Druckmessung und Ventilstellung des Zuleitungsventils ermittelt wird.
Wird mit dem Aktuatorsystem Dampf auf die Bahn aufgetragen, kann vorteilhaft ein Effizienztest des verwendeten Dampfdrucks durch die Steuerung erfolgen. Hierzu wird der verwendete Dampfdruck und die Dampftemperatur erfasst und an die Steuerung übermittelt. Der Effizienz der Aktuatoren wird dann unter Berücksichtigung des Dampfdrucks und/oder der Dampftemperatur bewertet. Es hat sich gezeigt, dass so ein Verschleiß der Aktuatoren teilweise durch eine Veränderung des Dampfdrucks und/oder der Dampftemperatur kompensiert werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei in regelmäßigen zeitlichen Abständen für jeden einzelnen Aktuator eine Kalibrierung der Kennlinie durchgeführt wird, wobei ein Maximalwert, ein Minimalwert und zumindest ein zwischenwert angesteuert werden und wobei für die Positionen des Aktuators in CD mittels dem Qualitätsmesssystem die Wirksamkeit des Auftrags an Wasser und/oder Wasserdampf ermittelt wird.
Eine regelmäßige automatische Kalibrierung der Kennlinie der Aktuatoren ist vorteilhaft, um die Aktuatoren immer in einem optimalen Betriebsbereich zu betreiben. Die Kalibrierung kann vorteilhaft dabei z.B. einmal pro Schicht (8h), einmal pro Tag und/oder einmal pro Woche erfolgen. Auch ein gezieltes Wiederholen in kürzeren Abständen ist vorteilhaft, besonders wenn die Werte/die Kennlinie einzelner Aktuatoren stärkere Abweichungen zeigen. So können rechtzeitig Hinweise auf beschädigte Aktuatoren identifiziert werden. Die Kalibrierung der Kennlinien kann besonders vorteilhaft zu einem Zeitpunkt erfolgen, an dem kein Verkaufsfähiges Papier hergestellt wird, beispielsweise bei Tambourwechseln, ein Entsprechendes Signal aus dem Leitsystem der Papiermaschine kann dazu dem Steuersystem vorteilhaft bereitgestellt werden.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei ein Stellwert eines Aktuators um zumindest 5 % verändert wird, wobei das Qualitätsmesssystem zumindest ein Flächengewicht und einen Feuchtegehalt für die Position in CD der Bahn ermittelt, an der der Aktuator positioniert ist.
Eine genaue Betrachtung der Einzelwerte für verschiedene Positionen über die Breite der Bahn ist für eine Ermittlung der Effizienz besonders wichtig. Eine Mittelung der Werte kann hier zu Fehlergebnissen führen, die eine präzise Bewertung der Effizienz erschweren. Eine zu feine Schrittweite der Aktuator-Stellungen hat sich ebenfalls als negativ gezeigt, da so andere Effekte das Ergebnis verfälschen können. Besonders vorteilhaft ist eine Schrittweite bei Veränderungen der Aktuator Stellung in einem Bereich von 5 % bis 50 %, und insbesondere eine Veränderung von 10 % bis 30 %. So können Veränderungen präzise von dem Qualitätsmesssystem erfasst werden, und eine Bewertung der Funktion und/oder Effizienz der Aktuatoren kann besonders gut erfolgen.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei diejenigen Aktuatoren (6) des Aktuatorsystems bewegt werden, deren Effekt auf die Bahn durch eine geeignete Position des Messwagens des Qualitätsmesssystems in Maschinenquerrichtung (CD) direkt gemessen werden kann.
Die in der Papierindustrie verwendeten Qualitätsmesssysteme verwenden Messwägen, traversierend in Maschinenquerrichtung (CD) über die Bahn geführt werden. Das Erstellen eines Qualitätsprofils benötigt daher üblicherweise 1 Minute oder mehr. Dabei wird stets nur ein aktueller Messwert der Bahn in CD erfasst. Es ist daher besonders vorteilhaft, die Position von Messwagen und zu testendem Aktuator zu koordinieren. Dabei kann derjenige Aktuator gezielt getestet werden a dessen Position in CD der Messwagen gerade Messwerte erfasst. Umgekehrt ist es auch besonders vorteilhaft den Messwagen in der Position in CD zu halten, bis der Aktuator-Test abgeschlossen ist, und/oder bis die die Kalibrierung der Kennlinie eines Aktuator in derselben Position abgeschlossen ist.
Eine Koordination der Position des Messwagens mit dem zu Testenden Aktuator kann den Aktuator Test deutlich beschleunigen, und somit den störenden Einfluss auf die Papierbahn vermindern. Eine Kalibrierung der Kennlinien von einer Mehrzahl von Aktuatoren kann besonders vorteilhaft begleitend zu einer Traversierung des Messwagens erfolgen.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei das Steuersystem zumindest zwei der folgenden Werte umfasst und zur Steuerung des Aktuatorsystems verwendet:
- Geschwindigkeit der Bahn
- Flächengewicht der Bahn
- Feuchtegehalt der Bahn
- Temperatur, Druck und/oder Menge des Aufgebrachten Wassers
Das kalibrierte Aktuatorsystem kann vorteilhaft weitere Werten verwenden, um eine präzise Steuerung des Querprofils zu erreichen. Besonders effektiv ist eine Lineare Berücksichtigung der Werte von Flächengewicht und/oder Geschwindigkeit. Diese Werte werden vorteilhaft für alle oder eine Mehrzahl der Aktuatoren gemeinsam verwendet um die Menge an aufgetragenem Dampf und/oder Wasser an die Produktionsbedingungen anzupassen. Das primäre Regelziel des Aktuatorsystems ist es meist ein ausgeglichenes Feuchteprofil zu erreichen, daher ist eine Verwendung des Messwertes der Feuchte für das beschriebene Verfahren stets vorteilhaft. Besonders vorteilhaft ist zudem eine Korrektur der Aktuatoren in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Druckes des verwendeten Auftragsmediums, da diese einen direkten Einfluss auf das Kondensationspotential des Dampfes haben, der an der Bahn kondensiert werden kann. Druck und Temperatur des aufgetragenen Dampfes und/oder des aufgetragenen Wassers kann eine Berücksichtigung der potenziell möglichen Auftragsmenge erreichen. So beispielsweise das Kondensationspotential errechnet werden, also wieviel Dampf maximal an der Bahn kondensiert werden kann. Auch eine Messung und Verwendung der Bahntemperatur kann die Präzision der Regelung verbessern. Die verwendeten Werte können dabei stets dazu beitragen, dass das Feuchteprofil so präzise und schnell wie möglich geregelt wird.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei das Steuersystem die Kennlinien der Aktuatoren umfasst, und ausgeführt ist diese zu Speichern und/oder zu verändern.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es vorteilhaft die Kennlinien und/oder Korrekturwerte der Regelung in einem Digitalen Regelungssystem zusammenzuführen und zu speichern. Werden durch eine Kalibrierung und/oder durch das Durchfahren eines Testprogramms neue Kennlinien ermittelt, oder neue Korrekturwerte errechnet, können diese in der Steuerung gespeichert werden und als Regelparameter verwendet werden. Zu diesem Zweck ist es besonders vorteilhaft die Zusammenhänge zwischen den Messwerten, dem Aktuator-Verhalten und Sollwerten als physikalisches und/oder empirisches Modell in der Regelung vorzuhalten. In einem solchen Modell können weiterhin Schwellwerte und oder Sicherheitswerte hinterlegt sein, um ein übersteuern und/oder Fehlverhalten der Steuerung zu vermeiden.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Profilierungssystem zur automatisierten Optimierung eines Qualitätsprofils einer Papier- Karton- oder Faserstoffbahn (Bahn), umfassend, ein Qualitätsmesssystem, das ausgeführt ist, ein Qualitätsprofil über die Bahnbreite (CD) für zumindest den Feuchtegehalt und das Flächengewicht der Bahn zu erfassen, ein Aktuatorsystem, dass ausgeführt ist über eine Mehrzahl von Aktuatoren über die Bahnbreite (CD) eine unterschiedliche Menge an Wasser oder Wasserdampf auf die Bahn aufzutragen, ein Steuerungssystem ausgeführt die Aktuatoren des Aktuatorsystems einzeln zu steuern, wobei die Qualitätsprofilwerte des Qualitätsmesssystems für zumindest Flächengewicht und Feuchte an das Steuersystem übermittelt werden, wobei das Steuersystem, einen Messwert der Geschwindigkeit der Bahn und einen Kennlinie zur der Effizienz der Aktuatoren umfasst, und wobei das Steuersystem ausgeführt ist das Aktuatorsystems unter Berücksichtigung zumindest dieser Werte zu steuern.
Die Steuerung des Qualitätsprofils kann besonders effektiv ausgeführt werden, wenn in der Steuerung eine Kennlinie hinterlegt ist, die die Effektivität der Aktuatoren umfasst. So kann berücksichtigt werden, in welchem Bereich jeder einzelne Aktuator, welche gewünschte Menge and Dampf oder Wasser auf die Bahn auftragen kann. Weiterhin kann je nach Betriebsbedingungen, z.B. Bahngeschwindigkeit oder Flächengewicht bei einem Dampfauftrag ein unterschiedliches Kondensationspotential vorliegen, auch hier ist eine Kennlinie und/oder ein vereinfachtes physikalisches Modell in der Steuerung vorteilhaft, um stets die bestmöglichen Regelergebnisse zu erhalten.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Profilierungssystem, wobei das Aktuatorsystem zumindest eine Druckmessung und eine Temperaturmessung umfasst und ausgeführt ist, die Messwerte an das Steuersystem zu übertragen. Insbesondere wenn das Aktuatorsystem Dampf auf die Bahn aufträgt, ist es vorteilhaft eine Korrektur der Auftragswerte in Abhängigkeit der Dampfkonditionen vorzunehmen. So kann bei der Verwendung von überhitztem Dampf die Kondensation an der Bahn und/oder das Verhalten der Aktuatoren unterschiedlich sein. Eine Steuerung des Qualitätsprofils wird durch eine entsprechende Berücksichtigung von Druck und Temperatur des Auftragsmediums so verbessert. Auch bei dem Auftrag von Wasser verändert sich mit der Temperatur die Viskosität und Oberflächenspannung und ein das Verhalten der Aktuatoren in Bezug zu Durchflussmengen, Druckverlust und/oder verhalten an Sprühdüsen verändert sich dementsprechend.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Profilierungssystem, wobei die Aktuatoren des Aktuatorsystems eine Positionsmessung umfasst und das Aktuatorsystem ausgeführt ist die Messwerte an das Steuersystem zu übermitteln. Eine wichtige Korrektur der Regelwerte kann auch aus einer Positionsmessung der Aktuatoren erfolgen. So hat sich gezeigt, dass der Sollwert, mit dem der Aktuator angesteuert wird zu einem veränderlichen Istwert an dem Aktuator führen kann. Insbesondere bei Ventilen, die als Aktuator verwendet werden, kann durch Ablagerungen oder Verschleiß die Präzision der Steuerung über die Zeit abnehmen. Durch den Vergleich der tatsächlichen Position mit der Wirkung des Aktuators kann eine Kennlinie erstellt werden, die ebenfalls in der Steuerung zur Verbesserung der Regelperformance verwendet werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Profilierungssystem, wobei das Steuersystem ausgeführt ist, die Messwerte von Qualitätsmesssystem und Aktuatorsystem sowie die Geschwindigkeit der Bahn zu verwenden, um eine Kennlinie für einzelne Aktuatoren zu erstellen und/oder zu modifizieren. Die Steuerung kann dabei besonders vorteilhaft als digitales Steuersystem ausgeführt werden, wobei die Kennlinien und/oder komplexere Modelle gespeichert werden. Bei entsprechenden Test- oder Kalibrierungsläufen der Aktuatoren können so die Kennlinien einfach angepasst werden und Kalibrierungen selbstständig von dem Steuersystem ausgeführt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig. 1: Vorrichtung zum Ausführen des Erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Profilierungssystems 20 einer Maschine zur Herstellung einer Papier- Karton- oder Faserstoffbahn (Bahn) 2, umfassend ein Aktuatorsystem 4 zur Bedampfung und/oder Befeuchtung der Bahn 2 und ein Qualitätsmesssystem 4. Das Aktuatorsystem umfasst eine Mehrzahl von Aktuatoren 6, wobei die Aktuatoren 6 je symbolisch ein Ventil und eine Auftragszone umfassen. Die Auftragszone kann so Wasser oder Wasserdampf 7 auf die Bahn 2 auftragen. So wird das Qualitätsprofil 1 und der unterschiedliche Feuchtegehalt 15 verändert, da in dem Bereich in Maschinenquerrichtung (CD) in dem der Aktuator Wasser oder Wasserdampf aufträgt zusätzliche Feuchte in die Bahn 2 eingebracht wird. Wird on einem Aktuator Wasserdampf 7 auf die Bahn aufgetragen, wird diese durch Kondensation des Wasserdampfes 7 erwärmt. Die veränderte Temperatur der Bahn an dieser Stelle kann wiederum zu einer stärkeren Entwässerung führen, da die Viskosität des Wassers mit steigender Temperatur sinkt. Beim Auftrag von Wasserdampf kann so an der Position in CD ein geringerer Feuchtegehalt 14 der Bahn erreicht werden. Das Profilierungssystem umfasst ein zentrales Steuersystem 8, das vorteilhaft als digitales Steuersystem 8 ausgeführt ist, und Informationen zur Kalibrierung und Steuerung der Aktuatoren 6 umfasst, insbesondere auch eine Kennlinie 12 die für jeden Aktuator 6 in der Steuerung 8 hinterlegt werden kann und vorteilhaft zur Steuerung des Aktuatorsystems 5 verwendet wird. Das Steuersystem 8 ist derart ausgeführt, dass eine Veränderung der Kennlinie 12 ermittelt und gespeichert werden kann und so eine automatische Kalibrierung ermöglicht wird. Weiterhin ist das Steuersystem 8 ausgeführt Messwerte aus einem Qualitätsmesssystem 3 aufzunehmen und insbesondere einen Geschwindigkeitswert 13 der Bahn 2 aus einer nicht bildlich dargestellten Maschinensteuerung aufzunehmen. Das Qualitätsmesssystem 3 umfasst einen Messwagen 4 der traversierend über die Bahn in CD fährt und mittels einzelnen Sensoren für jeden Messwert ein Qualitätsprofil 1 erstellen kann. Der Messwagen 4 umfasst vorteilhaft einen Sensor für das Flächengewicht, der eine Flächenbezogene Masse der Bahn in g/m2 misst. Weiterhin umfasst der Messwagen vorteilhaft und optional einen Feuchtesensor 15, der den Wassergehalt der Bahn, den Feuchtegehalt 15 messen kann, wobei der Wassergehalt in gH20 / m2 ermittelt wird, oder bezogen auf das Flächengewicht als % Feuchte berechnet wird. Die Messwerte werden vorteilhaft in der Steuerung oder in dem Qualitätsmesssystem in Qualitätsprofile über CD verrechnet.
Das Steuersystem 8 steht umfasst weiterhin Einzelmessungen aus dem Aktuatorsystem 5, die insbesondere bei einem Dampfauftrag eine Druckmessung 11 und/oder eine Temperaturmessung 16 in der Zuleitung 9 umfassen. Diese Werte können dazu verwendet werden den Dampfdruck 11 in dem Aktuatorsystem 5 zu steuern, wobei das Zuleitungsventil 10 als Stellgröße bzw. Stellglied in der Steuerung verwendet werden kann.
Bezugszeichenliste
- 1
- Qualitätsprofil
- 2
- Papier- Karton- oder Faserstoffbahn, Bahn
- 3
- Qualitätsmesssystem
- 4
- Messwagen
- 5
- Aktuatorsystem
- 6
- Aktuator
- 7
- Wasser/Wasserdampf
- 8
- Steuersystem
- 9
- Zuleitung
- 10
- Zuleitungsventil
- 11
- Druckmessung
- 12
- Kennlinie
- 13
- Geschwindigkeit der Bahn
- 14
- Flächengewicht [g/m2]
- 15
- Feuchtegehalt [gH20/m2, %]
- 16
- Temperatursensor / Temperatur
- 20
- Profilierungssystem
- CD
- Bahnbreite, Maschinenquerrichtung (Cross Direction)
- MD
- Maschinenlaufrichtung (Machine Direction)